CN203480258U - 基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统 - Google Patents
基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统，涉及小型风洞的风速控制领域，解决了用皮托管加微差压计测量存在的误差大的问题。包括主控制器、与主控制器相连的变频器、与变频器相连的多翼式离心鼓风机和与其相连的超声波风速传感器，超声波风速传感器与主控制器相连；主控制器根据需要输出的风场强度产生相应频率的PWM调制波发送给变频器并使其产生相应频率的电脉冲信号，多翼式离心鼓风机根据此电脉冲信号的频率按相应的旋转速度旋转并产生相应强度的风场，超声波风速传感器采集风场强度并将其反馈给主控制器，主控制器比较采集与需要输出的风场强度根据比较结果更新或保持PWM调制波的频率。本实用新型具有低风速时测量精确的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及小型风洞的风速控制技术领域，具体涉及一种基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统。
背景技术
目前，小型风洞中的风速测量主要采用皮托管加微差压计的方式进行测量，风通过皮托管时，皮托管的静压孔和总压孔之间会产生气压差，通过微差压计测量静压孔和总压孔之间的气压差，再通过伯努利方程和能量方程求出风速。但是，小型风洞作为中间设备，主要产生低风速的风场，测量的范围也是低风速，而皮托管在低风速阶段产生的气压差较小，微差压计测量小气压差时所产生的误差较大，因此，上述这种采用皮托管加微差压计的方式测量低风速时误差较大。
实用新型内容
为了解决现有采用皮托管加微差压计测量小型风洞中的风速存在的误差大的问题，本实用新型提供一种基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统。
本实用新型为解决技术问题所采用的技术方案如下：
基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统，包括主控制器、与所述主控制器相连的变频器、与所述变频器相连的多翼式离心鼓风机和与所述多翼式离心鼓风机相连的超声波风速传感器，所述超声波风速传感器与所述主控制器相连；所述主控制器根据需要输出的风场强度产生相应频率的PWM调制波发送给变频器，变频器根据相应频率的PWM调制波产生相应频率的电脉冲信号发送给多翼式离心鼓风机，多翼式离心鼓风机根据此电脉冲信号的频率按照相应的旋转速度旋转并产生相应强度的风场，超声波风速传感器采集风场强度并将其反馈给主控制器，主控制器将采集的风场强度与需要输出的风场强度进行比较，再根据比较结果更新或保持PWM调制波的频率，循环上述过程，实现对风速的动态控制。
所述主控制器根据比较结果更新或保持PWM调制波的频率的具体过程为：当采集的风场强度与需要输出的风场强度一致时，主控制器保持前一次的PWM调制波的频率发送给变频器；当采集的风场强度与需要输出的风场强度不一致时，如果采集的风场强度大于需要输出的风场强度，则主控制器降低PWM调制波的频率发送给变频器；如果采集的风场强度小于需要输出的风场强度，则主控制器提高PWM调制波的频率发送给变频器。
所述主控制器采用可编程的STM32F103RET6芯片，内部带有PWM控制器，可产生频率可变的PWM调制波。
所述变频器采用型号为EV500系列的变频器，最大工作电流为5.0A，最大工作电压为220V，功率为1000W，变频器自身带有保护功能，防止过流烧毁多翼式离心鼓风机。
所述多翼式离心鼓风机采用型号为JF130的多翼式离心鼓风机，功率为330W，电压为220V，风压为600Pa，风量为720m3/min。
所述超声波风速传感器采用型号为US200-28A的超声波风速传感器。
发明原理：在平静的空气中，风方向上的空气流动会改变声波的传播速度，如果风向和声波的传播方向相同，就会提高声波的传播速度，如果风向和声波的传播方向相反，就会降低声波的传播速度。在一个固定的测量路径中，在不同的风速和风向上叠加而成的声波传播速度会导致不同的声波传播时间。本实用新型采用超声波风速传感器测量风场的强度值，利用超声波风速传感器的两个超声波探头，一个用于发射超声波，一个用于接收超声波，然后利用接收的探头发射超声波，利用发射的探头接收超声波，计算两次的时间差，就可以得到风速。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过超声波风速传感器以超声波的方式测量风速，低风速时合成的声波速度较低，传播时间较长，测量时也就会越准确，计算出风速的数值也就越可靠。与现有技术相比，本实用新型具有低风速时测量精确的优点。
附图说明
图1为本实用新型的基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统的结构示意图；
图2为图1所示的风速控制系统的控制流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型的基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统，由主控制器、变频器、多翼式离心鼓风机和超声波风速传感器组成，主控制器与变频器通过电缆线相连，变频器与多翼式离心鼓风机通过电缆线相连，多翼式离心鼓风机与超声波风速传感器通过电缆线相连，超声波风速传感器与主控制器通过电缆线相连。
本实施方式中，主控制器具体采用可编程的STM32F103RET6芯片，通过对STM32F103RET6芯片进行编程进而实现其所要实现的各种功能；主控制器内部带有PWM控制器，可以产生频率可变的PWM调制波，控制变频器产生电脉冲信号。
本实施方式中，变频器具体采用型号为EV500系列的变频器，最大工作电流为5.0A，最大工作电压为220V，功率为1000W，完全可以控制多翼式离心鼓风机按照一定的旋转速度旋转，并接收主控制器产生的PWM调制波，变频器自身带有保护功能，防止过流烧毁多翼式离心鼓风机。
本实施方式中，多翼式离心鼓风机具体采用型号为JF130的多翼式离心鼓风机，功率为330W，电压为220V，风压为600Pa，风量为720m3/min，可以满足小型风洞对风场的要求。
本实施方式中，超声波风速传感器具体采用型号为US200-28A的超声波风速传感器，用于小型风洞的风场强度的采集及测量。
如图2所示，风速控制系统上电初始化，主控制器根据需要输出的风场强度产生相应频率的PWM调制波发送给变频器，变频器根据相应的PWM调制波的频率产生相应频率的电脉冲信号，并将此电脉冲信号发送给多翼式离心鼓风机，变频器通过此电脉冲信号控制多翼式离心鼓风机按照相应的旋转速度进行旋转并使多翼式离心鼓风机产生相应强度的风场，超声波风速传感器采集风场强度并将采集的风场强度反馈给主控制器，主控制器将采集的风场强度与需要输出的风场强度进行比较，再根据比较结果更新或保持PWM调制波的频率：当采集的风场强度与需要输出的风场强度一致时，主控制器保持前一次的PWM调制波的频率发送给变频器；当采集的风场强度与需要输出的风场强度不一致时，主控制器更新这一次的PWM调制波的频率发送给变频器，这种情况具体为：如果采集的风场强度大于需要输出的风场强度，则主控制器降低PWM调制波的频率发送给变频器；如果采集的风场强度小于需要输出的风场强度，则主控制器提高PWM调制波的频率发送给变频器；循环上述过程，实现对小型风洞的风速的动态调节。
本实施方式中，在风速控制系统上电初始化前，将需要输出的风场强度（包括多个数值）编程到主控制器中，主控制器根据需要输出的风场强度的命令进行调用并产生相应频率的PWM调制波。
多翼式离心鼓风机在不同的转速下可以产生不同强度的风场，可以通过主控制器改变PWM调制波的频率，进而改变多翼式离心鼓风机的转速获得不同强度的风场。
显然，上述具体实施方式仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (4)
1.基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统，其特征在于，包括主控制器、与所述主控制器相连的变频器、与所述变频器相连的多翼式离心鼓风机和与所述多翼式离心鼓风机相连的超声波风速传感器，所述超声波风速传感器与所述主控制器相连；所述主控制器根据需要输出的风场强度产生相应频率的PWM调制波发送给变频器，变频器根据相应频率的PWM调制波产生相应频率的电脉冲信号发送给多翼式离心鼓风机，多翼式离心鼓风机根据此电脉冲信号的频率按照相应的旋转速度旋转并产生相应强度的风场，超声波风速传感器采集风场强度并将其反馈给主控制器，主控制器将采集的风场强度与需要输出的风场强度进行比较，再根据比较结果更新或保持PWM调制波的频率，循环上述过程，实现对风速的动态控制；
所述主控制器采用可编程的STM32F103RET6芯片，内部带有PWM控制器，可产生频率可变的PWM调制波。
2.根据权利要求1所述的基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统，其特征在于，所述变频器采用型号为EV500系列的变频器，最大工作电流为5.0A，最大工作电压为220V，功率为1000W，变频器自身带有保护功能，防止过流烧毁多翼式离心鼓风机。
3.根据权利要求1所述的基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统，其特征在于，所述多翼式离心鼓风机采用型号为JF130的多翼式离心鼓风机，功率为330W，电压为220V，风压为600Pa，风量为720m3/min。
4.根据权利要求1所述的基于超声波风速传感器的小型风洞的风速控制系统，其特征在于，所述超声波风速传感器采用型号为US200-28A的超声波风速传感器。
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